(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面に第１の方向に開いた櫛歯状の第１の電極を有し、前記第１の面に対向する第２の面に前記第１の方向と直交する第２の方向に開いた櫛歯状の第２の電極を有する第１の固定基板と、
前記第１の面と第１の所定の間隙を介して対峙する第３の面を有する第１の可動基板と、
前記第２の面と第２の所定の間隙を介して対峙する第４の面を有する第２の可動基板と、
を含み、
前記第１の可動基板は、前記第３の面において前記第１の電極と対峙する第３の電極を有し前記第２の方向に対して平行な方向に可動し、
前記第２の可動基板は、前記第４の面において前記第２の電極と対峙する第４の電極を有し前記第１の方向に対して平行な方向に可動し、
前記第１の所定の間隙は、前記第１の固定基板と前記第１の可動基板との間に設けられた複数の第１のベアリングにより維持され、
前記第２の所定の間隙は、前記第１の固定基板と前記第２の可動基板との間に設けられた複数の第２のベアリングにより維持されることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記第１の可動基板における前記第３の面に対向する第５の面と第３の所定の間隙で対峙する第７の面を有する第２の固定基板と、
前記第２の可動基板における前記第４の面に対向する第６の面と第４の所定の間隙で対峙する第８の面を有する第３の固定基板と、を更に含み、
前記第５の面は、前記第１の方向に平行な方向に開いた櫛歯状の第５の電極を有し、
前記第７の面は、前記第５の電極に対峙する第７の電極を有し、
前記第６の面は、前記第２の方向に平行な方向に開いた櫛歯状の第６の電極を有し、
前記第８の面は、前記第６の電極に対峙する第８の電極を有し、
前記第３の所定の間隙は、前記第１の可動基板と前記第２の固定基板との間に設けられた複数の第３のベアリングにより維持され、
前記第４の所定の間隙は、前記第２の可動基板と前記第３の固定基板との間に設けられた複数の第４のベアリングにより維持されることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記第１の面と前記第３の面とは平行であり、
前記第２の面と前記第４の面とは平行であり、
前記第５の面と前記第７の面とは平行であり、
前記第６の面と前記第８の面とは平行であることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記第１の電極若しくは前記第３の電極、前記第２の電極若しくは前記第４の電極、前記第５の電極若しくは前記第７の電極、及び前記第６の電極若しくは前記第８の電極、の上にエレクトレット層が形成されていることを特徴とする請求項２又は３の発電装置。
【請求項５】
前記第１の方向と前記第２の方向とで示される平面に垂直な第３の方向からの平面視において、
前記第１の固定基板、前記第２の固定基板、及び前記第３の固定基板は重なっていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項６】
前記複数の第１のベアリング、前記複数の第２のベアリング、前記複数の第３ベアリング、及び前記複数の第４ベアリングのそれぞれは、基板に設けられたガイドに収められていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項７】
前記第１の可動基板の厚さは、前記第２の可動基板の厚さと異なる厚さであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の発電装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電装置として、固定基板と可動基板とを空隙を介して厚さ方向に重ねて配置し、可動基板を振動させて静電誘導型発電を行うものが知られている。
この場合、例えば固定基板は可動基板と対向する面に、導体と荷電部材（エレクトレット）を重ねて櫛型に加工した固定電極を備えている。
そして、可動基板は、固定基板の固定電極側と向き合う面に、固定基板の平面視で固定電極と重なる可動電極を備えている。ここで、固定基板と可動基板とは、クーロン引力により互いに引き付けられている。
【０００３】
可動基板を、固定基板の平面方向に振動させると、可動基板に加えられた振動エネルギーは、可動電極と固定電極との間のクーロン引力に抗して動くことで静電容量が変化する。この変化分を電力として回収することで電気エネルギーが得られる。即ち、発電が為される。
発電効率は、固定基板と可動基板との距離に大きく依存する。距離が遠すぎると、発電効率が低下し、十分な電力を供給することが困難となる。逆に、距離が近すぎると、固定基板と可動基板とが接触し相対的に位置を変えることができなくなるため、発電動作そのものが停止してしまう。そのため、固定基板と可動基板との距離を制御すべく、種々の技術が提案されてきている。
【０００４】
特許文献１では、可動基板が動ける状態で保持すべく、可動基板の支持にバネを用いた構成が記載されている。
特許文献２では、ギャップ調整部と、可動基板と、可動基板を支えるバネと、を備えた構成について記載されている。バネの一端は可動基板に接続され、他端はギャップ調整部と接続されている。そして、ギャップ調整部の高さを調整することで固定基板と可動基板との距離を制御している。
特許文献３では、固定基板と可動基板との間に挟まれるように位置し、ギャップを調整するギャップ調整部を備え、固定基板と可動基板とのギャップを制御しうる構成が記載されている。この場合でも、可動基板を動ける状態で保持すべく、可動基板の支持にバネを用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５２９５７４号公報
【特許文献２】特開２００９−１４８１２４号公報
【特許文献３】特開２００９−２３２６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２，３に示した構成では、可動基板の支持にバネを用いている。バネは経時劣化するため、信頼性の面で問題がある。加えて、バネを作り込む工程は樹脂材料を塗布するスピンコート法等の工程を行う必要があり、製造工数が増えてしまうという課題があった。
また、可動基板を支持するバネと、ギャップを調整するギャップ調整部とを別々の構造物で構成しているため、部品点数が増えるという課題があった。
さらに、ギャップを調整する工程が付加されるため、より製造工程が増える。そして、機械的に調整するため、量産性を保った状態でギャップを狭く制御することが難しくなる。加えて、バネの経時劣化分を見込んでギャップを調整する必要があるため、ギャップを狭くすることがさらに困難になるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
本発明に係るひとつの発電装置は、第１の面に第１の方向に開いた櫛歯状の第１の電極を有し、前記第１の面に対向する第２の面に前記第１の方向と直交する第２の方向に開いた櫛歯状の第２の電極を有する第１の固定基板と、前記第１の面と第１の所定の間隙を介して対峙する第３の面を有する第１の可動基板と、前記第２の面と第２の所定の間隙を介して対峙する第４の面を有する第２の可動基板と、を含み、前記第１の可動基板は、前記第３の面において前記第１の電極と対峙する第３の電極を有し前記第２の方向に対して平行な方向に可動し、前記第２の可動基板は、前記第４の面において前記第２の電極と対峙する第４の電極を有し前記第１の方向に対して平行な方向に可動し、前記第１の所定の間隙は、前記第１の固定基板と前記第１の可動基板との間に設けられた複数の第１のベアリングにより維持され、前記第２の所定の間隙は、前記第１の固定基板と前記第２の可動基板との間に設けられた複数の第２のベアリングにより維持されることを特徴とする。
上記のひとつの発電装置において、前記第１の可動基板における前記第３の面に対向する第５の面と第３の所定の間隙で対峙する第７の面を有する第２の固定基板と、前記第２の可動基板における前記第４の面に対向する第６の面と第４の所定の間隙で対峙する第８の面を有する第３の固定基板と、を更に含み、前記第５の面は、前記第１の方向に平行な方向に開いた櫛歯状の第５の電極を有し、前記第７の面は、前記第５の電極に対峙する第７の電極を有し、前記第６の面は、前記第２の方向に平行な方向に開いた櫛歯状の第６の電極を有し、前記第８の面は、前記第６の電極に対峙する第８の電極を有し、前記第３の所定の間隙は、前記第１の可動基板と前記第２の固定基板との間に設けられた複数の第３のベアリングにより維持され、前記第４の所定の間隙は、前記第２の可動基板と前記第３の固定基板との間に設けられた複数の第４のベアリングにより維持されることが好ましい。
上記のひとつの発電装置において、前記第１の面と前記第３の面とは平行であり、前記第２の面と前記第４の面とは平行であり、前記第５の面と前記第７の面とは平行であり、前記第６の面と前記第８の面とは平行であることが好ましい。
上記のひとつの発電装置において、前記第１の電極若しくは前記第３の電極、前記第２の電極若しくは前記第４の電極、前記第５の電極若しくは前記第７の電極、及び前記第６の電極若しくは前記第８の電極、の上にエレクトレット層が形成されていることが好ましい。
上記のひとつの発電装置において、前記第１の方向と前記第２の方向とで示される平面に垂直な第３の方向からの平面視において、前記第１の固定基板、前記第２の固定基板、及び前記第３の固定基板は重なっていることが好ましい。
上記のひとつの発電装置において、前記複数の第１のベアリング、前記複数の第２のベアリング、前記複数の第３ベアリング、及び前記複数の第４ベアリングのそれぞれは、基板に設けられたガイドに収められていることが好ましい。
上記のひとつの発電装置において、前記第１の可動基板の厚さは、前記第２の可動基板の厚さと異なる厚さであることが好ましい。
本発明に係るひとつの電子機器は、上記のひとつの発電装置を備えることが好ましい。
［適用例１］本適用例にかかる発電装置は、前記第１の基板と前記第２の基板とに挟持され、１軸方向に対して回転するスペーサーを備え、前記スペーサーは、前記第１の基板と前記第２の基板との間の空隙を所定の値に保つように、前記エレクトレット層及び前記電極と平面的に離れた場所に配置されることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、第１の基板と第２の基板との間隙（ギャップ）の大きさは、スペーサーの径により制御されることとなる。また、スペーサーの回転により第１の基板と第２の基板とは１軸方向に対して可動性を持つこととなる。そのため、バネと、バネの位置を調整し、第１の基板と第２の基板とのギャップの大きさを制御する調整機構を用いていた従来の構成と比べ、簡便な構造と調整方法で動作する発電装置を提供することが可能となる。
【００１０】
［適用例２］本適用例にかかる発電装置は、間隙を介して平面方向に重ねて配置された３枚以上の基板と、前記基板同士が向き合った面のうち、一方の面に位置する、電荷を保持したエレクトレット層と、他方の面に位置する、前記エレクトレット層と対峙する電極と、前記一方の面と、前記他方の面との双方に接し、１軸方向に対して回転するスペーサーと、を備えることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、３枚以上の基板が用いられることとなる。３枚以上の基板が用いられることで発電装置の発電効率が向上する。例えば、３枚の基板を用いた場合、発電は、１枚目の基板と２枚目の基板との間、及び２枚目の基板と３枚目の基板との間の都合２箇所で行われることとなり、２枚の基板を用いる場合と比べ、約２倍となる。発電量を２倍にするには、２枚の基板を用いる場合では２組、枚数にして４枚の基板が必要となる。即ち、少ない基板で同等の発電を行えることから、発電効率が向上する。なお、追加される枚数は、１枚以上であれば良い。
【００１２】
［適用例３］上記適用例にかかる発電装置であって、前記スペーサーは球または前記１軸方向に回転する円柱形状を備えていることを特徴とする。
【００１３】
上記した適用例によれば、球や円柱は転がり易い形状であるため、発電装置に加えられたエネルギーの消費を抑えて基板同士の相対位置を変えることができる。そのため、発電効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
［適用例４］上記適用例にかかる発電装置であって、前記スペーサーは前記１軸方向に対して可動性を与える、前記エレクトレット層及び前記電極と平面的に離れた場所に配置されたガイドに収められていることを特徴とする。
【００１５】
上記した適用例によれば、スペーサーは平面的にガイド内に収められている。そのため、スペーサーの逸脱を防止でき、スペーサーの位置安定性を高く保つことが可能となる。ここで、ガイドは基板に対してスペーサーの側面が当たる領域を盛り上げた構造や、基板に対して溝状の形状を備え、溝内にスペーサーを収めた構造を含むものとする。
【００１６】
［適用例５］上記適用例にかかる発電装置であって、前記基板間の空隙の値は、１μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
上記した適用例によれば、１μｍ以上のギャップがあることで、第１の基板と第２の基板との衝突を避けることができ、５００μｍ以下のギャップであれば発電を行うことが可能となる。
【００１８】
［適用例６］上記適用例にかかる発電装置であって、前記基板間の空隙の値は、１０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
上記した適用例によれば、１０μｍ以上の空隙（ギャップ）があることで、静電気力による撓み分を含めて基板間の衝突を避けることができる。そのため、基板の強度を下げることができる。即ち、厚みを薄くすることが可能となり、単位体積あたりの発電量を増加させることができる。そして、３００μｍ以下のギャップがあることで発電効率を実用レベルに引き上げることが可能となる。
【００２０】
［適用例７］上記適用例にかかる発電装置であって、前記基板間の空隙の値は、３０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
上記した適用例によれば、３０μｍ以上の空隙（ギャップ）があることで、衝撃を受けても基板間の衝突を避けることができる。そして、１５０μｍ以下のギャップがあることで発電効率がさらに向上する。
【００２２】
［適用例８］上記適用例にかかる発電装置であって、前記ガイドの少なくとも一部が、第１の前記基板の平面視で、前記エレクトレット層、及び前記電極よりも内側にあることを特徴とする。
【００２３】
上記した適用例によれば、基板同士には、例えば静電気的に引き付け合う力が掛かっている。そのため、基板中央部が撓む場合がある。基板の平面視で引き合う領域の内側にガイドを配置することで、基板の間隔を制御するスペーサーがこのガイド内に収められる。このように配置することで、基板中央部の撓みを抑制することが可能となる。
【００２４】
［適用例９］上記適用例にかかる発電装置であって、厚み方向に対して最も外側に位置する前記基板の片方と、前記片方側から数えて一つおきの前記基板が互いに固定され、前記１軸方向に回転する前記スペーサーが、固定された前記基板の間に位置する少なくとも一枚の、可動性を有する第１の前記基板の両面と、前記基板を挟む面に備えられ、前記１軸方向と交差する方向に回転するスペーサーが、固定された前記基板の間に位置する少なくとも一枚の、可動性を有する第２の前記基板の両面と、前記基板を挟む面に備えられていることを特徴とする。
【００２５】
上記した適用例によれば、異なる方向の振動を電気エネルギーに変換できることから、発電効率の向上と、出力電力の安定性（発電力の振動方向依存性が小さくなる）の向上を合わせて得ることが可能となる。
【００２６】
［適用例１０］本適用例にかかる電子機器は上記した発電装置を備えることを特徴とする。
【００２７】
これによれば、基板同士の間隙（ギャップ）の大きさを、スペーサーの径により制御しうる発電装置を用いていることから、バネを用い機械的疲労を考慮して形成された発電装置を用いた場合と比べ、信頼性及び大電力に対応した電子機器を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は、固定基板の平面図、（ｂ）は、可動基板の平面図、（ｃ）は、可動基板と固定基板とをベアリングを介して固定した状態でのＢ−Ｂ’線断面図、（ｄ）は、可動基板と固定基板とをベアリングを介して固定した状態でのＡ−Ａ’線断面図、（ｅ）は、溝をガイドとした場合の部分拡大図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、発電部の発電状態を示す図１（ｄ）の部分断面図、（ｅ）は、（ａ）〜（ｄ）での状態における発電状態を示すグラフ。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、発電部の内側にガイドを備えた第２実施形態を説明するための平面図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、３枚の基板を用いた場合の各々の平面図。
【図５】（ｅ）は３枚の基板を重ねた状態でのＢ−Ｂ’線断面図、（ｆ）は３枚の基板を重ねた状態でのＡ−Ａ’線断面図。
【図６】２方向の振動に対応させた斜視構成図。
【図７】２方向の振動に対応させた基板の平面図。
【図８】電子機器としてのＲＦタグを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（第１実施形態：発電装置）
以下、図面を参照して、第１実施形態について説明を行う。
図１（ａ）は、固定基板の平面図、図１（ｂ）は、可動基板の平面図、図１（ｃ）は、可動基板と固定基板とによりベアリングを挟持した状態でのＢ−Ｂ’線断面図、図１（ｄ）は、可動基板と固定基板とによりベアリングを挟持した状態でのＡ−Ａ’線断面図、図１（ｅ）は、溝をガイドとした場合の溝近傍の部分拡大図である。
この発電装置１００は、１軸方向としてのＸ方向に可動性を備え、Ｘ方向の振動エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。
ここで、「上」とは、固定基板１０１から可動基板１１０へ向かう方向（Ｚ方向：図１（ｄ）参照）と定義する。
【００３０】
発電装置１００は、第１の基板としての固定基板１０１と、第２の基板としての可動基板１１０を備える。なお、固定基板１０１を第２の基板、可動基板１１０を第１の基板と読み替えて用いても良い。各断面図や平面図では、紙面正面側に重要な構成を図示するため、図面の向き（ＸＹＺ方向）が図面毎に異なる。そのため、必要に応じ、図面毎にＸＹＺ方向を付記することとする。
【００３１】
固定基板１０１は、固定基板本体１０１ａ、ガイド１０３、第１電極１０４、電荷を保持したエレクトレット層としての電荷保持層１０５、ストッパー１０７と、を備える。そして、ガイド１０３、第１電極１０４、電荷保持層１０５、ストッパー１０７は、固定基板本体１０１ａの可動基板１１０側の面に位置している。
可動基板１１０は、可動基板本体１１０ａ、第２電極１１１、ガイド１１３と、を備える。そして、第２電極１１１、ガイド１１３は可動基板本体１１０ａの固定基板１０１側の面に位置している。
【００３２】
固定基板１０１と可動基板１１０とは、互いに平面方向に動けるようスペーサーとしてのベアリング１０２を挟持している。ベアリング１０２は、Ｘ方向に対してベアリング１０２が回転することで可動基板１１０の可動性を確保している。
ベアリング１０２は、固定基板１０１にも可動基板１１０にも属していないが、便宜上両図面にベアリング１０２があるべき位置に点線を用いて図示している。
ベアリング１０２は球状のものを例として図示しているが、これは可動基板１１０の移動方向（Ｘ方向）に回転する円柱状のローラーを用いても良い。そして、固定基板１０１と可動基板１１０とを重ね合わせて可動基板１１０を振動させることで、第１電極１０４、電荷保持層１０５、第２電極１１１を含む発電部１１５で発電が行われる。ここで、通常、第１電極１０４と電荷保持層１０５とは重なっている。そして、通常第１電極１０４と第２電極１１１とは定常位置（可動基板１１０を振動させない状態で、可動基板１１０が安定する位置）において平面的に重なっている。ここで、第１電極１０４と電荷保持層１０５が重なっていることや、第１電極１０４と第２電極１１１とが定常位置において平面的に重なっていることは必須の要件ではなく、発電できる位置関係にあれば良い。なお、定常位置に引き戻す力は、固定基板１０１と可動基板１１０とが共に静電的に引き合うことで発生する。また、電荷保持層１０５は可動基板１１０側に配置しても良い。
【００３３】
固定基板本体１０１ａは、構成部材として例えばガラスやプラスティックが用いられている。そして、可動基板１１０が動いた場合に固定基板１０１と衝突せぬよう、固定基板本体１０１ａの可動基板１１０側の面は平坦な形状を備えている。
【００３４】
ガイド１０３は、ベアリング１０２が回転する方向を規定すると共に、ベアリング１０２が位置する領域を定めている。そして、本実施形態では、Ｘ方向に自由度を持つ発電装置１００を扱っている。そのためガイド１０３は、ベアリング１０２がＸ方向に沿って回転でき、かつ電荷保持層１０５、第２電極１１１と平面的に離れた位置にガイド１０３とベアリング１０２が収まるよう配置されている。
【００３５】
ガイド１０３は、固定基板本体１０１ａ上に樹脂を塗布（例えばディスペンサーを用いる）する方法や、感光性樹脂層を形成した後、フォトリソグラフ工程を行う方法等により形成される。このように、ベアリング１０２を挟む領域を盛り上げて、その内側にベアリング１０２を収めることで、ベアリング１０２がＸ方向に沿って回転できるようになる。また、ガイド１０３を積む構成に代えて、ベアリング１０２が１方向に回転できるよう溝をガイドとして形成し、その内側にベアリング１０２を収めても良い（図１（ｅ）参照）。また、この溝の中に円柱状のローラーを収めても良い。
ストッパー１０７は、可動基板１１０の振幅が過剰とならないよう、可動基板１１０の振動範囲を定めている。
【００３６】
可動基板本体１１０ａは、固定基板本体１０１ａと同様に、構成部材として例えばガラスやプラスティックが用いられている。そして、可動基板１１０が動いた場合に固定基板１０１と衝突せぬよう、可動基板本体１１０ａの固定基板１０１側の面は平坦な形状を備えている。
第２電極１１１は、後述するように、第１電極１０４、電荷保持層１０５と協働して発電を行う機能を備えている。
ガイド１１３は、ガイド１０３と同様に、ベアリング１０２がＸ方向に沿って回転するようベアリング１０２の動きを規定している。なお、ガイド１０３、ガイド１１３はいずれか片方を省略することも可能である。
【００３７】
（発電機構）
以下、第１電極１０４、電荷保持層１０５、第２電極１１１を含む発電部１１５で発電を行う機構について説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、図１（ｄ）のＢ−Ｂ’断面図の一部を拡大し、可動基板１１０に振動を与えた場合の断面図である。図２（ｅ）は、図２（ａ）〜（ｄ）での状態における発電状態を示すグラフである。図２（ｅ）において縦軸は電流Ｉを示している。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、可動基板１１０が振動していない場合（ステップＳ１）には、キャパシターＣの容量は時間的（ｔで表す）に変動しないため、発電は為されない。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示すように、可動基板１１０をＸ軸−方向に移動させる（ステップＳ２）と、可動基板１１０と固定基板１０１とがずれ、可動基板１１０と固定基板１０１との間に形成されたキャパシターＣの容量が減る。容量減少に伴い、抵抗Ｒを介して電荷が移動する。即ち図２（ｅ）に示すように電流ｉが流れる。そして、−Ｘ方向に移動させて停止させると、電荷の移動が終了し、電荷の移動、即ち電流ｉが止まる。
【００４０】
次に、図２（ｃ）に示すように、定常位置に戻す（ステップＳ３）と、今度は可動基板１１０と固定基板１０１との間に形成されたキャパシターＣの容量が増えることとなる。容量増加に伴い、抵抗Ｒを介して電荷が移動し、図２（ｂ）の場合と反対向きの電流、即ち図２（ｅ）に示すように電流（−ｉ）が流れる。そして、定常位置に戻し静止させると、電荷の移動が終了し、電荷の移動、即ち電流ｉが止まる。
【００４１】
次に、図２（ｄ）に示すように、可動基板１１０をＸ軸＋方向に移動させる（ステップＳ４）と、可動基板１１０と固定基板１０１とがずれ、可動基板１１０と固定基板１０１との間に形成されたキャパシターＣの容量が減る。容量減少に伴い、抵抗Ｒを介して電荷が移動する。即ち図２（ｅ）に示すように電流ｉが流れる。そして、Ｘ方向に移動させて静止させると、電荷の移動が終了し、電荷の移動、即ち電流ｉが止まる。
【００４２】
この動作を繰り返すことで、振動のエネルギーを変換して電力を生み出す、即ち発電を行うことができる。
【００４３】
（間隙（ギャップ）制御）
図１に戻る。以下、固定基板１０１と可動基板１１０との間の間隙としてのギャップ制御について説明する。図１（ｃ）に示すように、ギャップは、ガイド１０３、ガイド１１３を用いた場合、基本的にベアリング１０２の直径で定まる。そのため、容易にギャップ制御を行うことが可能である。また、ギャップの大きさを変えることも容易である。ギャップの大きさとしては、例えば１μｍ以上５００μｍ以下の値を備えることができる。１μｍ以上のギャップがあることで、固定基板１０１と可動基板１１０との衝突を避けることができ、５００μｍ以下のギャップであれば発電を行うことが可能となる。
【００４４】
また、ギャップの大きさとして、１０μｍ以上３００μｍ以上の値を持つことも望ましい。１０μｍ以上のギャップがあることで、静電気力による撓み分を含めて固定基板１０１と可動基板１１０との衝突を避けることができる。そのため、固定基板１０１や、可動基板１１０の強度を下げることができる。即ち、厚みを薄くすることが可能となり、単位体積あたりの発電量を増加させることができる。そして、３００μｍ以下のギャップがあることで発電効率を実用レベルに引き上げることが可能となる。
【００４５】
そして、ギャップの大きさとしては、３０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好適である。３０μｍ以上のギャップがあることで、衝撃を受けても固定基板１０１と可動基板１１０との衝突を避けることができる。そして、１５０μｍ以下のギャップがあることで発電効率がさらに高くなる。本実施形態では、例えば８０μｍ程度のギャップに対応した（直径約８０μｍの）ベアリング１０２を用いた場合について説明を続ける。
【００４６】
また、ガイド１０３、ガイド１１３に代えて、図１（ｅ）に示すように溝Ｇを形成してベアリング１０２を溝Ｇにはめても良い。この場合、ベアリング１０２の直径を大きく保った状態でギャップの大きさを小さくできる。そのため、ベアリング１０２の移動経路に微細なゴミが入った場合でも、ベアリング１０２はそれを乗り越えて回転できる。そのため、ゴミが入っても固定基板１０１に対する可動基板１１０の相対的な可動性を保つことが可能となる。また、固定基板１０１と可動基板１１０の一方に溝を配置し、他方にベアリング１０２を平面的に挟む領域を盛り上げた形状を配置しても良い。
【００４７】
上記した発電装置は、以下の効果を奏する。
【００４８】
図１（ｃ）に示すように、ガイド１０３、ガイド１１３を備えることで、ベアリング１０２の可動方向をＸ方向に定めることができる。例えば、Ｙ方向にずれてしまうと、電荷保持層１０５と第２電極１１１とが平面的に重なる領域が狭くなり、発電効率が低下する。そこで、Ｘ方向以外の可動基板１１０の動きを規制することで、安定した発電動作を行わせることができる。
【００４９】
図１を参照して説明する。球形のベアリング１０２に代えて図示せぬ円柱状のローラーを用いる場合、固定基板１０１と可動基板１１０に対して点ではなく線で接触することから、圧力が分散できる。そのため、円柱状のローラーを用いた場合、発電装置１００の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
図１（ｃ）に示すように、ガイド１０３、ガイド１１３を備えた場合、ベアリング１０２の直径が、固定基板１０１と可動基板１１０との間のギャップを定めることとなる。そして、ベアリング１０２は固定基板１０１と可動基板１１０とを相対的に可動性を与える機能も兼ねている。そのため、少ない部品で、かつ無調整で固定基板１０１と可動基板１１０との位置関係を規定することが可能となる。
【００５１】
図１（ｃ），（ｅ）に示すように、ガイド１０３、ガイド１１３に代えて、溝Ｇを形成してベアリング１０２を溝Ｇにはめることで、塵埃に対する影響を軽減できる。特にギャップの大きさを小さくする場合に、ベアリング１０２の直径を大きくすることができる。例えば、ベアリング１０２の移動経路に微細なゴミが入った場合でも、回転することが可能となる（単純化のため、ゴミ形状を立方体とすると、直径１０μｍのベアリング１０２を用いた場合、５μｍ以上のゴミは原理的に乗り越えられない）ため、塵埃に強い発電装置１００を提供することが可能となる。
【００５２】
図１を参照して説明する。ガイド１０３、ガイド１１３は樹脂を塗布（例えばディスペンサーを用いる）する方法や、感光性樹脂層を形成した後、フォトリソグラフ工程を用いて形成する方法で形成することで、半導体や液晶装置と同様の装置と工程で形成することが可能となるため、新規の製造装置の導入や、新しいプロセスを開発することなくガイド１０３、ガイド１１３を形成できる。そのため、装置のコストや、プロセス開発に必要となる負荷を軽減することが可能となる。
【００５３】
図１を参照して説明する。ガイド１０３、ガイド１１３のいずれか片方を省略することで、発電装置１００の製造工程を短縮することが可能となる。
【００５４】
図１（ｃ），（ｄ）を参照して説明する。固定基板本体１０１ａ、可動基板本体１１０ａとして互いに対向する面が平坦な基板を用いることで、両基板の衝突を避けて発電を行うことが可能となる。
【００５５】
図１（ｃ）、（ｄ）を参照して説明する。固定基板１０１と、可動基板１１０との間のギャップが１μｍ以上であることで、固定基板１０１と可動基板１１０との衝突を避けることができる。そしてギャップが５００μｍ以下であることで、低い出力ではあっても発電を行うことが可能となる。
【００５６】
図１（ｃ），（ｄ）を参照して説明する。固定基板１０１と、可動基板１１０との間のギャップが１０μｍ以上であることで、静電気力による撓み分を含めて固定基板１０１と可動基板１１０との衝突を避けることができる。そのため、固定基板１０１や、可動基板１１０の強度を下げることができる。即ち、厚みを薄くすることが可能となり、単位体積あたりの発電量を増加させることができる。そしてギャップが３００μｍ以下であることで、発電効率を実用レベルに引き上げることが可能となる。
【００５７】
図１（ｃ），（ｄ）を参照して説明する。基板間のギャップが３０μｍ以上であることで、衝撃を受けても固定基板１０１と可動基板１１０との衝突が避けられる。そして、ギャップが１５０μｍ以下であることで発電効率を十分高く保つことが可能となる。
【００５８】
（第２実施形態：発電部の内側にガイドを備えた発電装置）
以下、図面を参照して、第２実施形態について説明を行う。図３（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態を説明するための平面図である。第１実施形態との主な差異は、ガイド２０３，２１３，２２３，２３３の少なくとも一部が固定基板１０１の平面視で発電部１１５よりも内側に配置されていることである。ここで、第１実施形態と同様な構成については同一の符号を付け、詳細な説明については省略する。また、ストッパー等についても図示、記載を省略し、説明の重複を避けるものとする。また、図３（ａ）〜（ｄ）は同じ座標系で表せるため、まとめて一つの座標系として付記している。
【００５９】
発電装置２００は、第１の基板（第２の基板）としての固定基板１０１と、第２の基板（第１の基板）としての可動基板１１０を備える。なお、固定基板１０１と可動基板１１０とで発電装置２００が構成されることから、固定基板１０１、可動基板１１０とに、括弧表示で２００を付記している。
固定基板１０１は、第１電極１０４、電荷を保持したエレクトレット層としての電荷保持層１０５、ガイド２０３を備える。
可動基板１１０は、第２電極１１１、ガイド２１３を備える。
そして、第１電極１０４、電荷保持層１０５、第２電極１１１を含む発電部１１５が備えられている。
そして、固定基板１０１と可動基板１１０は、互いに平面方向に動けるようスペーサーとしてのベアリング１０２を介して重ね合わされている。そして、第１電極１０４、電荷保持層１０５、第２電極１１１を含む発電部１１５が形成される。ベアリング１０２は、固定基板１０１にも可動基板１１０にも属していないが、便宜上両図面にベアリング１０２のあるべき位置に点線を用いて図示している。
【００６０】
ガイド２０３の一部は、複数に分割された発電部１１５の固定基板１０１の内側に配置されている。そして、ガイド２１３の一部も、可動基板１１０の発電部１１５の平面視での内側に形成されている。その他の構成については、第１実施形態と同様に構成されている。
図３（ａ）は、発電部１１５を３分割し、発電部１１５の内側にガイド２０３を配置した固定基板１０１の平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）と重ねて使用する可動基板１１０の平面図である。
図３（ａ）に示すように、平面視で電荷保持層１０５と第１電極１０４を含む発電部１１５の内側に、ガイド２０３が配置されている。同様に、図３（ｂ）に示すように、平面視で第２電極１１１を含む発電部１１５の内側に、ガイド２１３が配置されている。
図３（ｃ）は、発電部１１５を２分割し、発電部１１５に挟まれるようにガイド２２３を配置した固定基板１０１の平面図である。図３（ｄ）は、図３（ｃ）と重ねて使用する可動基板１１０の平面図である。
図３（ｃ）に示すように、平面視で電荷保持層１０５と第１電極１０４を含む発電部１１５の内側に、ガイド２２３の一部が配置されている。同様に、図３（ｄ）に示すように、平面視で第２電極１１１を含む発電部１１５の内側に、ガイド２３３の一部が配置されている。
【００６１】
本実施形態における発電装置は、上述した実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。
【００６２】
発電部１１５のレイアウトに応じてガイド２０３，２１３，２２３，２３３を配置できるため、設計の自由度を向上させることが可能となる。
【００６３】
ガイド２０３，２１３，２２３，２３３によりベアリング１０２は固定基板１０１や可動基板１１０の内側に配置される。そのため、静電引力による撓みを減らすことが可能となり、より固定基板１０１と可動基板１１０の間のギャップを狭くとることができる。ギャップを狭くすることで発電効率が上がるため、より性能が高い発電装置２００を提供することが可能となる。
【００６４】
（第３実施形態：３枚以上の基板を備えた発電装置）
以下、図面を参照して、第３実施形態について説明を行う。図４（ａ）〜（ｄ）は、第３実施形態を説明するための、３枚の基板を用いた場合の平面図、図５（ｅ）は３枚の基板を重ねた状態でのＢ−Ｂ’線断面図、図５（ｆ）は３枚の基板を重ねた状態でのＡ−Ａ’線断面図である。この場合、中央にある基板を可動基板とし、両脇にある基板を固定基板とすると、発電装置３００の固定が容易となる。なお、構造を説明し易くするため、平面図と断面図とでは、構成部材の縮尺を一部変えている。
また、本実施形態では基板の枚数を３枚にした例について説明しているが、固定基板や可動基板を本実施形態と同様に追加することで、３枚を超える基板枚数についても対応可能である。
【００６５】
第１、第２実施形態との主な差異は、基板を３枚にしたことと、ガイドの構成にあるため、以降このガイドについて詳細に説明する。また、第１、第２実施形態で説明した基板本体や発電部等についての説明は省略する。例えば、第１実施形態で示した、電荷を保持したエレクトレット層としての電荷保持層１０５、電極としての第２電極１１１（図１参照）については、第１実施形態を参照するものとし、説明の重複を避ける。
【００６６】
図５に示すように、発電装置３００は、基板としての固定基板３１１と可動基板３２１、基板としての固定基板３３１、スペーサーとしてのベアリング３１２，３３２を備える。固定基板３１１は可動基板３２１側の面にガイド３１３を備える。同様に、固定基板３３１は可動基板３２１側の面にガイド３４３を備える。
ガイド３１３，３２３は、１軸方向としてのＸ方向にベアリング３１２が回転するよう、ベアリング３１２の動きを規定している。ガイド３３３，３４３も同様に、Ｘ方向にベアリング３３２が回転するよう、ベアリング３３２の動きを規定している。そして、固定基板３１１、可動基板３２１、固定基板３３１の間隙は、ベアリング３１２，３３２により定められ、この間隙を介して各基板の厚さ方向に対して当該順序で重ねられている。
【００６７】
次に、各基板の構成について図４を用いて説明する。
固定基板３１１は図４（ａ）に示すように、可動基板３２１側の面にガイド３１３を備える。同様に、図４（ｂ）に示すように、固定基板３３１は可動基板３２１側の面にガイド３４３を備える。そして図４（ｃ），（ｄ）に示すように、可動基板３２１は、両面とも同様な形状を備えており、固定基板３１１側の面に備えられたガイド３２３と、固定基板３３１側の面に備えられたガイド３３３を備える。
【００６８】
ガイド３１３，３２３は、１軸方向としてのＸ方向にベアリング３１２が回転するよう、ベアリング３１２の動きを規定している。ガイド３３３，３４３も同様に、Ｘ方向にベアリング３３２が回転するよう、ベアリング３３２の動きを規定している。
なお、第１実施形態、第２実施形態で説明した、例えばガイドの一部省略や、ガイドに代えて溝を用いる等の応用については、上述した実施形態と同様に対応することができる。
【００６９】
本実施形態では、発電は、固定基板３１１と可動基板３２１との間と、固定基板３３１と可動基板３２１との間で行われる。
【００７０】
本実施形態における発電装置は、上述した実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。
【００７１】
３枚以上の基板を用いた発電装置３００を用いることで、体積当たりの発電効率が向上する。例えば、３枚の基板を用いた場合、発電は、固定基板３１１と可動基板３２１との間、及び可動基板３２１と固定基板３３１との間の、都合２箇所で行われることとなる。特に振動が大きく、発電による振動エネルギーの損失が小さい場合、可動基板３２１の振動減衰が２枚の基板を用いる場合と比べ、発電効率は約２倍となる。発電量を２倍にするには、２枚の基板を用いる場合では２組、枚数にして４枚の基板が必要となる。即ち、少ない基板で同等の発電を行えることから、体積当たりの発電効率が向上する。
【００７２】
３枚以上の奇数枚の基板を用いた場合、外側の基板を固定用に用いることができる。よって、発電装置３００の実装が容易となる。
【００７３】
基板の外側にはみ出すバネ等の構造物を基板の支持体として可動性を与えた場合、３枚以上の基板を重ねて用いると、これらの構造物同士が衝突する虞があるが、本実施形態に示すように、ベアリング３１２とベアリング３３２により可動基板３２１を支持することで、衝突の虞無く基板を支持できる。そのため、容易に基板数を増やすことが可能となる。
【００７４】
可動基板を増やす場合、例えば可動基板の厚みを変えることで、共振周波数を可動基板毎に変えることができる。この場合、外部振動の周期が変動する条件で用いても、発電される電力は安定する。そのため、出力電力を安定化して取り出すことが可能となる。
【００７５】
（第４実施形態：２方向の振動に対応した発電装置）
以下、図面を参照して、第４実施形態について説明を行う。図６は、２方向の振動に対応させた斜視構成図、図７は、各基板の平面図である。ここでは基板の枚数を５枚にした例について説明しているが、固定基板や可動基板を本実施形態と同様に追加することで、５枚を超える基板枚数についても対応可能である。なお、第１実施形態、第２実施形態で説明した、例えばガイドの一部省略や、ガイドに代えて溝を用いる等の応用については、上述した実施形態と同様に対応することができる。図７（ａ）〜（ｄ）は同じ座標系で表せるため、まとめて一つの座標系として付記している。
【００７６】
発電装置４００は、最も外側に位置する基板の片方としての固定基板４１１、固定された基板の間に位置する少なくとも一枚の、可動性を有する第１の基板としての可動基板４２１、固定基板４１１（基板の片方）側から数えて一つおきの基板としての固定基板４３１を備える。
そして、１軸方向と交差する方向に回転するスペーサーが、固定された基板の間に位置する少なくとも一枚の、可動性を有する第２の基板としての可動基板４４１、固定基板４１１（基板の片方）側から数えて一つおきの基板としての固定基板４５１、スペーサーとしてのベアリング４１２，４２２、１軸方向と交差する方向に回転するスペーサーとしてのベアリング４３２，４４２を備える。
【００７７】
固定基板４１１は、ガイド４１３を備えている。第１、第２、第３実施形態との主な差異は、スペーサーや別のスペーサーを収めるガイドの構成にあるため、以降このガイドについて詳細に説明する。また、図面の煩雑化を避けるため、第１、第２、第３実施形態で説明した基板本体等についての図示、説明は省略する。
【００７８】
固定基板４１１、可動基板４２１、固定基板４３１、可動基板４４１、固定基板４５１は、ベアリング４１２、ベアリング４２２、ベアリング４３２、ベアリング４４２により形成される間隙を介して、図６に示すように、各々空隙を介して、この順序で基板の厚み方向（Ｚ方向）に重ねて配置されている。
固定基板４１１は図示せぬ筐体等に固定されている。固定基板４３１、固定基板４５１も筐体等を介して固定基板４１１と互いに固定されている。
【００７９】
図７（ａ）に示すように、固定基板４１１は、可動基板４２１側の面に、１軸方向としてのＸ方向にベアリング４１２が回転するよう、ベアリング４１２の動きを規定するガイド４１３が配置されている。
同様に、固定基板４３１の可動基板４２１側の面には、Ｘ方向にベアリング４２２が回転するよう、ベアリング４２２の動きを規定するガイド４４３が配置されている。なお、図６では、固定基板４３１に隠れるため、ガイド４４３は符号のみを記載している。
固定基板４１１の可動基板４２１側の面と、固定基板４３１の可動基板４２１側の面とは同じ構造を持っている。そこで、図面の重複を避けるべく、符号のみを重複させて記載している。
図７（ｂ）に示すように、可動基板４２１の固定基板４１１側の面には、Ｘ方向にベアリング４１２が回転するようガイド４２３が備えられている。
同様に、可動基板４２１の固定基板４３１側の面には、Ｘ方向にベアリング４２２が回転するようガイド４３３が備えられている。
可動基板４２１は、両面とも同じ構造を持っている。そこで、図面の重複を避けるべく、符号のみを重複させて記載している。なお、図６では、可動基板４２１に隠れるため、ガイド４２３は符号のみを記載している。
【００８０】
図７（ｃ）に示すように、固定基板４３１の、可動基板４４１側の面には、１軸方向と交差する方向としてのＹ方向にベアリング４３２が回転するようガイド４５３が備えられている。
同様に、固定基板４５１の可動基板４４１側には、Ｙ方向にベアリング４４２が回転するよう、ベアリング４４２の動きを規定するガイド４８３が配置されている。
固定基板４３１の可動基板４４１側の面と、固定基板４５１の可動基板４４１側の面とは同じ構造を持っている。そこで、図面の重複を避けるべく、符号を重複させて記載している。なお、図６では、固定基板４５１に隠れるため、ガイド４８３は符号のみを記載している。
図７（ｄ）に示すように、可動基板４４１の固定基板４３１側の面には、Ｙ方向にベアリング４３２が回転するようガイド４６３が備えられている。
同様に、可動基板４４１の固定基板４５１側の面には、Ｙ方向にベアリング４４２が回転するようガイド４７３が備えられている。
可動基板４４１は、両面とも同じ構造を持っている。そこで、図面の重複を避けるべく、符号のみを重複させて記載している。なお、図６では、可動基板４４１に隠れるため、ガイド４６３は符号のみを記載している。
【００８１】
このようにガイド４１３〜４８３を配置し、ベアリング４１２〜４４２を配置することで、Ｘ方向の振動とＹ方向の振動を受けて発電可能な、発電装置４００を得ることが可能となる。
【００８２】
本実施形態における発電装置は、上述した実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。
【００８３】
２つの方向への振動を受けて発電を行うことができるため、１軸方向の振動にのみ発電可能な発電装置と比べ、振動から電力への変換効率を上げると共に安定した電力を提供することができる。
【００８４】
平面方向の振動であれば、Ｘ成分とＹ成分に振動を分離して発電を行うことができるため、任意の方向の振動方向に対して発電を行うことができる。
【００８５】
この場合でも、発電領域が都合４箇所となるため、体積当たりの発電効率を高くすることが可能となる。例えば、特に振動が大きく、発電による振動エネルギーの損失が小さい場合、２枚の基板を用いる場合と比べ、発電効率は約４倍となる。発電量を４倍にするには、２枚の基板を用いる場合では４組、枚数にして８枚の基板が必要となる。即ち、少ない基板で同等の発電を行えることから、体積当たりの発電効率が向上する。
【００８６】
（電子機器）
以下、図面を参照して、上記実施形態にかかる発電装置１００（または２００，３００，４００）を搭載した電子機器について説明を行う。図８は、電子機器としてのＲＦタグを示す模式図である。ＲＦタグ５００は、発電装置１００（または２００，３００，４００）、ダイオードブリッジ５１０、電気二重層キャパシター５２０、ＲＦ出力部５３０と、を備える。
【００８７】
発電装置１００（２００，３００，４００）で発電された交流電力は、ダイオードブリッジ５１０を通すことで整流され電気二重層キャパシター５２０（他の構造を持つキャパシターや二次電池等を用いても良い）に蓄えられ、直流として蓄積、出力される。静電誘導型発電を用いた発電装置１００（２００，３００，４００）は、構造により発電電圧が異なるが、尖頭値で概ね１０〜３０Ｖ程度の出力電圧で発電する。ダイオードブリッジ５１０に通常のシリコンダイオードを用いた場合、１．２Ｖ程度の順方向電圧の降下が発生するが、出力電圧が高いことから電力のロスを抑えて整流することが可能である。そして電気二重層キャパシター５２０に蓄えられた電力を元に、ＲＦ出力部５３０から電波の形で信号が出力される。
【００８８】
この電子機器は、上述した実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。
【００８９】
疲労劣化に強いベアリング（図１，３，４，６参照：１０２，３１２，３３２，４１２，４２２，４３２，４４２）によりギャップ制御された発電装置（（図１，３，４，５参照：１００，２００，３００，４００）を用いていることから、例えばバネを用いて支えた発電装置を用いた場合と比べ、高い信頼性を持った電子機器としての、図８に示したＲＦタグ５００が得られる。そのため、例えば交換が困難な場所にＲＦタグ５００を埋め込む用途にも対応することが可能となる。また、ギャップ精度が高いことから発電効率を高くすることができ、振動強度が小さい場所でも通信を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００９０】
１００…発電装置、１０１…固定基板、１０１ａ…固定基板本体、１０２…ベアリング、１０３…ガイド、１０４…第１電極、１０５…電荷保持層、１０７…ストッパー、１１０…可動基板、１１０ａ…可動基板本体、１１１…第２電極、１１３…ガイド、１１５…発電部、２００…発電装置、２０３…ガイド、２１３…ガイド、２２３…ガイド、２３３…ガイド、３００…発電装置、３１１…固定基板、３１２…ベアリング、３１３…ガイド、３２１…可動基板、３２３…ガイド、３３１…固定基板、３３２…ベアリング、３３３…ガイド、３４３…ガイド、４００…発電装置、４１１…固定基板、４１２…ベアリング、４１３…ガイド、４２１…可動基板、４２２…ベアリング、４２３…ガイド、４３１…固定基板、４３２…ベアリング、４３３…ガイド、４４１…可動基板、４４２…ベアリング、４４３…ガイド、４５１…固定基板、４５３…ガイド、４６３…ガイド、４７３…ガイド、４８３…ガイド、５００…ＲＦタグ、５１０…ダイオードブリッジ、５２０…電気二重層キャパシター、５３０…ＲＦ出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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